摘要：本文对PLC技术进行简要介绍，在PLC基础上对变电站监控系统进行设计，最后提出PLC技术在监控系统中的应用内容与方法，主要包括PLC控制断路器与防误闭锁装置两项内容，力求通过本文研究，使PLC技术的作用与优势得到充分发挥，变电站监控系统的运行效率得到显著提升。
关键词：智能变电站；监控系统；PLC技术
引言
在现代化通信技术飞速发展之下，尤其是在工业4.0大环境下，变电站的自动化水平不断提升，逐渐朝着信息化、智能化的方向发展。PLC技术作为中坚的自动化控制装置，将计算机技术、继电器、通信技术三者结合起来，不但具有较强的可靠性，还便于扩展，且控制性较强，在变电站监控系统中得到广泛应用。
1.PLC技术简介
PLC即可编程逻辑控制器，可采用一类可编程存储器，将其应用到内部存储程序中，可完成顺序控制、逻辑运算、计数与定时等指令，通过数字或模拟传输等方式，对各种机械或生产过程进行有效控制。以西门子S7-200型PLC为例，由西门子公司生产，性价比较高，组网能力强，编程软件便于应用，内部设置的自由通信功能可在多种总线仪表间实现编程通信，有效提高系统集成市场中多种自动化仪表的能力，使系统更多安全可靠。
2.基于PLC的变电站监控系统设计
2.1硬件设计
针对遥控点与遥信点的数量进行综合分析，监控系统中主要包含以下内容：光电转换器、采集仪表、PLC控制器、模拟量传输模块等等，其中PLC的型号为S7-226型，将其作为系统的核心硬件。
（1）总线仪表。该仪表的主要作用在于可对三相电量的数据内容进行采集，此类数据包括有功、无功、三相电压、三相电流等内容，由上述仪表共同形成RS-485现场总线网，通过数据包的形式实现与PLC控制器之间的自由通信；
（2）西门子S7-226。属于监控系统中的核心内容，在现场中担任前置机的作用，具有采集馈线、遥调信息、变电柜遥信等功能，可与智能仪表之间顺畅互通，对遥测到的数据信息进行接收，并利用隔离继电器进行遥控输出；
（3）CP243-1模块。该模块支持以太网通信，为监控系统的应用提供接口，遵循IP协议，通过光电转换、光纤传输、上位机等共同形成局域网，可借助上位机进行编程、打印报表、远程遥控、监控等操作[1]。
2.2软件设计
在监测系统中主要包括两个通信接口，一个接口与TP170A相连，同时，还可与编程器之间进行交流；另一个接口与总线仪表相连，对模拟数据信息进行采集。在PLC中，RS-485接口可发挥电缆的作用，与MPI接口相互连接，通过MPI协议完成通信活动，上述接口与模块均可与西门子产品配套应用，在程序下载完毕后与电缆相连接，与PLC之间实现相互通信，值得注意的是，与TP170A相连后，应在编程过程中将其更换为MPI通信模式。
将CPU与总线仪表相连后，可实现自由通信，在RS-485硬件基础上进行通信，支持用户自身定义，通信协议较为简便，在数据长度、奇偶校验等多个方面均可根据实际需求灵活设计。将自由接口灵活应用，使通信功能得以强化，与多种通信协议相符合。对于此种类型的仪表来说，将其应用到监控系统中可提供RS-485型号接口，将其与PLC之间相互通信时，应与通信协议中的内容充分符合，各个接口均可实现自由调换，并对程序进行自动编制，使通信任务顺利高效的完成。
在总线仪表中，数据帧没有固定的结束字符。因此，通过对PLC于Modbus之间的差异进行分析，便可得出数据帧的长度，可见，只需利用字符终端的自由口，便可实现数据接收。对于S7-200型号的PLC来说，包括SMB30与SMB2两种形式，其中前者是可对自由端进行控制，后者则对自由接口中的字符进行接收，将获取到的字符存储到SMB2中，为程序运行提供助力[2]。
3.PLC技术在变电站监控系统中的应用
3.1 PLC控制断路器的应用
在电力系统中，断路器属于十分关键的部件，但在以往的断路器中却存在诸多缺陷，在本文研究的监控系统中，采用PLC控制断路器，该设备的功能众多、性价比较高，且具有较强的可靠性与抗干扰性，系统设计、安装与调试的工作量较小、程序编辑较为简单、维修便利、占地面积较小。根据PLC输出特性可知，直流电压通常低于24V，交流电压在220V左右。一般情况下，为了增强断路器与PLC间的协调性，可采用维护简便、投资较小的220V交流电源，解决电压变换难题，使控制系统的整体可靠性得到显著提升。在本系统设计中，采用交流不间断的电源作为突发状态下继电保护电源，可使系统整体变得更加可靠。
通过PLC断路器中的梯形图可知，在按下手动合闸开关后，合闸信号开启，X101接通，此时Y10内有电流经过，合闸断路器正式开始工作。同时，手动合闸输出端Y13与自动合闸的输出端Y14输出，与之对应的指示灯亮起。在按下手动分闸按钮X102之后，分闸断路器正式运行，同时手动输出端Y11与自动输出端Y12开始输出，对应指示灯亮起，此时M101中有电流经过，且始终处于带电状态，常闭触电断开，保障监测系统的正常运行。当自动合闸、分闸开关出现粘连情况时，Y16中将发出报警信号，当报警开关复位到X105后，X105报警指示灯熄灭，此时报警正式解除，梯形图如下图1所示。
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图1 PLC控制断路器梯形图
3.2防误闭锁装置的应用
3.2.1主要功能
防闭锁装置的工作原理为借助自身程序闭锁功能，将其安装在监控设备上，以避免出现误操作。在变电站运行过程中，为了提高安全性，避免出现误操作情况，应采取特定的安全生产方法，有效避免带负荷拉合刀闸、误入带电间隔、误拉合开关等情况。利用PLC技术对站内全部设备中的数据信息进行采集，针对任意设备的操作逻辑准确度进行判断，将指令输入到对应的PLC中进行处理，此时PLC将根据接收到的指令输出对辅助设备进行控制，进而干扰断路器与开关闭锁，实现防误闭锁的功能[3]。
3.2.2具体应用
在变电站运行中，主要面向两种类型进行防误闭锁，一是可遥控操作的设备，例如有载调压接头开关、断路器等，此种设备支持远程遥控，通常无需人员到达现场，只有设备因故障失灵时，才需要人员到场进行检修；二是手动操作设备，较为典型的是地刀，此类设备不具备电动机，因此不支持遥控，需要人员到场操作。可见，只要对上述两种设备防误闭锁进行解决即可，与是否有人值班无本质差别。
防误操作系统种类多样，其中网络型具有实时数据采集、实时监控、匹配度强、实用性强等特点，在此基础上构建的管理平台可使安全性得到显著提升，有效解决变电站五防装置中的实时监控效果。对此，本文研究的变电站中采用网络型防误操作系统。根据变电站监控系统控制模式，主要采用两种闭锁方法，对于遥控操作设备来说，可在分合闸回路中串联一个PLC输出节点，借助PLC的作用对分合闸回路进行控制；对于手动操作设备来说，可将电磁锁加入其中，同样将PLC输出节点接入到电磁锁中。对于网络型防误系统来说，主要包括接口设备、PLC与主机，工作原理为在倒闸操作过程中，由PLC对主机中发布的指令进行接收，将对应的输出接点闭合，待电路连通后将设备解锁，此时工作者便可对一次设备进行操作，当人员操作完毕后，利用PLC便可对设备进行操作，将相应的输出接点断开，切断电源后完成全部闭锁工作。
结论
综上所述，监控系统能够有效解决变电站运行状态与环境监控等问题，使“无人值守”成为可能。对此，应将PLC技术应用其中，发挥PLC控制断路器与防误闭锁装置的作用，使系统运行更加安全可靠。
参考文献：
[1]崔政. PLC控制技术在智能变电站监控系统中的应用[J]. 中国电业（技术版），2018（7）：12.
[2]张晓娟. 面向中小厂矿规模的智能变电站监控系统的研制[D]，天津大学，2018.
[3]焦玉成，周猛祥，薛枫等. 基于互联网+的变电站监控平台视频监控智能化系统[J]. 自动化博览，2018（1）：83-85.
论文作者:马猛猛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：变电站论文; 断路器论文; 监控系统论文; 设备论文; 操作论文; 通信论文; 接口论文; 《电力设备》2019年第19期论文;